高中物理电磁学解题方法研究

周乾坤

(甘肃省定西市通渭县第一中学 743300)

1 高中物理电磁学基础知识概述

高中物理是有其自身的知识结构的，电磁学虽自成一章，与力学还有能量守恒定理是有关联的，所以需要联合进行讲述.电磁学的相关理论最初是在近代社会被提出的，从广义上进行解释，电磁学主要涉及电学与磁学；但是从狭义的角度去分析，电磁学其实是研究电性和磁性的交互关系的一门十分重要的学科，电磁学研究的具体内容为电磁波.电荷、电磁场与带电物体动力学等.

在学习电磁学的相关理论知识的同时，还需要注重学生学习习惯的培养，比如说画图的时候需要画出受力的方向，需要注意能量守恒，然后需要注意电场的方向等等，有了良好的学习习惯，才能更好地进行学习.在授课的时候，也应该向同学传授相关的解题方法以及解题技巧，出一些相关的例题，让同学掌握，让同学可以学会如何分析电磁现象的规律，如何将理论知识应用到实际做题中.而在解析题目的时候，应该先让同学自己分析一下解题思路，解题的关键等等，然后在分析题目时，可以从粒子运动的轨迹、受力等和电场方向两个层面出发，让同学在解题的过程中掌握粒子在电磁场中的运动规律、电场和磁场的不同运行规律和电磁间的实际联系，就是粒子是否受到了力的作用，力是否做功以及粒子是在哪些力的作用下形成怎么样的运动轨迹等等，这些都是电磁学需要掌握的基本知识，掌握这些基本的知识才能帮助学生更好的分析题目、解答题目.

2 高中物理电磁学相关知识点以及易错点

2.1 知识点

在解题中，主要需要运用到以下的知识点

首先是如何应用楞次定律判断感应电流方向的步骤，主要是分析出磁场方向、磁通量变化，然后对感应电流的磁场方向做出判断，最后用安培定则对感应电流方向进行判断.

其次是右手定则和左手定则，这是很重要的一个内容，经常会用到，要注意不要弄混淆这两个方法，一个是在电磁感应中部分导体做切割磁感线运动时会应用到，另一个是磁场对运动电荷以及电流有作用力的时候会用到，应用准确才能有正确的做题思路，然后还需要掌握楞次定律与右手定则的关系，一般用楞次定律能判断的，并不是用右手定则都能判断出来.

2.2 易错点

在电磁场的学习中，初学者犯的错误主要集中在分不清楚电场磁场的区别，哪些是改变粒子运动的，哪些不会，例如粒子在磁场中运动时，磁场不改变粒子的运动速度的大小，而电场会；不能画出粒子的运动轨迹；对一些准则的应用范围与应用场合不够熟悉，然后分析粒子在电场磁场中的受力情况时分析错误；计算时可能出现错误，可能对数学中的一些几何知识运用不熟练﹔不善于进行整体分析，忽略了能量守恒还有电荷守恒等等.

(电路一定要闭合)从原有大小、方向逐渐变化;有电阻:并联电路中电流方向改变(电表反转、图像正负跃迁)，大小是否会增大(灯泡闪亮?)﹔无电阻:并联电路被短路(灯泡熄灭)

3 高中物理电磁学解题方法以及技巧

通过对实际问题进行分析，在面对电磁学的相关题目时，主要的解题方法以及技巧有画图法、对称法、微分法和隔离法等等，不同的方法对应的题目类型不一样，解题思路也不有所差异，需要学生根据实际情况选择对应的方法或者混合使用这些方法.例如，如果试题是电场与磁场的结合，需要在题目给出的图内画出电场的方向，粒子受力的方向以及需要画出粒子运动的轨迹，才能更好的做题，而且有的题目也需要学生给出粒子最后到达的地方，所以需要对粒子进行受力分析，这些力做了多少功等等，受磁场的影响粒子会怎样运动等等；有的试题则是需要通过粒子的运动轨迹分析电场磁场的情况等等.

3.1 图像法

图像法是解答物理题目最常用的一类方法，可以在画图的时候对粒子的受力进行分析，也可以借助粒子的运动轨迹分析题目，这样就可以将题目所要表达的意思完整地呈现在学生面前，便于学生理解题目，梳理思路，以及分析出解题思路.而在电磁学的学习过程中，也需要不断的总结经验，很多题目都需要借助图像法进行求解，因为需要粒子的运动轨迹才能解题，图像可以使学生的解题思路更清晰，从而快速得到解题方案.

3.2 微元法

微元法的本质其实是将静止的物理模型分析成为运的，将曲线分解为直线，最终达到将变量化为不变的方法，微元法不仅在高中适用，在大学也被广泛应用，是微积分的一种思想，需要利用到极限的相关知识，还会有关于无穷大无穷小的问题，应用很有效，但是使用的时候是有条件的，主要的应用方法就是抓住变化的规律，然后解析物体的运动，微分本身是数学概念，但是在物理中也有广泛的应用.

例如，如图1所示，有一个被水平放置的金属圆环，圆环的圆半径设为a，另外在圆环中心有一竖直的金属细长圆柱体，圆柱体上表面圆的圆心为点O，点O即是圆柱体上表面圆的圆心，也是圆环上表面圆的圆心，然后有一均匀的质量为m的导体棒，其电阻设为R，导体棒的一端固定在O点，另一端沿着圆环进行圆周运动，导体棒非光滑，圆环是固定的，其与导体棒的摩擦系数为μ，圆环在一个恒定的磁场中，磁感应强度大小B=Kr(K>0)，磁场方向竖直向上，设磁场中的任意一点到圆柱体轴线的距离为r，其它量图中均已给出，圆环电阻、感应电流磁场可忽略不计，问用多大的力可以使得导体棒沿着圆环做匀速圆周运动.

图1

解析如果要使得导体棒做圆周运动，就要使得其受力平衡，所以导体棒受到的外力(即所求的力)与导体棒所受的安培力方向相反，大小相同，所以需要求出安培力，求安培力就需要求出导体棒在磁场运动中产生的电动势，因为磁感应强度在本题中是不固定的，所以需要采取微元法，在某一点上面进行分析，在这一点上对应有一个固定的磁感应强度，就可以求出导体在这一点上所受到的安培力，然后对整体进行求和，就是将所有的小点的力都加起来，就可以得到最终的安培力大小，这一题需要应用到极限的思想，以及可能会涉及到积分求和.

而且微元法现在不仅在高考试题中多有运用，在物理竞赛中也时常被运用，学好微元法对日后大学的学习也很有帮助，所以老师在进行授课时可以适当地进行拓展，比如说如何对变量进行无限的分割，如何进行求和等等.

3.3 综合法

综合法就是先将已知的条件列出来，然后求出目前可以求出的条件，然后运用这些条件进行综合分析推导，最终求出问题所需要的答案.一般来说，综合法和微分法是对立的，微分法是将整体化为部分，展开分析；而综合法是将部分整合为一个整体，从而进行推导工作，比如说能量守恒定律，就是运用综合法的最好例子.

3.4 等效代替法

在做题时，我们其实可以发现，有些题目是大同小异的，类型相同，所以这时候可以使用等效替代法，将不熟悉的题目化作我们的熟悉的，然后就可以用相同的套路进行求解.

例如,如图2，在均匀磁场中存在一个细导线组成了一个等边三角形，然后磁场的磁感应强度为B，磁场是绕着导线MN做周期运动，角速度为ω，磁场方向与MN水平垂直，三根导线的电阻都是R，现在磁场正好与导线平面平行，设这个时间点为t=0,试求：

图2

(1)任意时刻t导线中的电流

(2)若M点的电动势为0，当t=0时，求三角形线框上任意一点A的电动势.

3.5 守恒转化法

经常用到的就是能量守恒定律、质量守恒定律还有电荷守恒.能量守恒定理是因为有的时候力的方向是在变化的，所以做功一直在变化，如果根据相关条件直接进行解题，无疑是复杂且繁琐的，最后可能还求不出想要的答案，但是做功的本质就是能量守恒，分清楚在运动中谁做的正功，谁做的负功，在运动中进行了怎样的能量转化，就可以将题目进行简化，比如说要了解在没有外力的变化下，电势能的变化与其他能量的变化关系.

高中物理学习一直需要严谨的逻辑，清晰的解题思路，在电磁学的学习中更是如此，所以需要掌握好基本的解题方法和技巧，分清楚在哪些题目中运用何种方法，才能化繁为简，将物理变得简单.教师在授课时不仅需要讲述基本的理论知识，还要将这些解题方法也一一交给学生，并用相应的例子去进行阐述，在题目分析时也可以进行讲授，方便学生形成自己的知识体系.本文只是对这些方法的应用进行简述，希望能对日后的工作有所裨益.